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16 Chapitre I – La production d’énergie électrique I – Production de l’énergie

16 Chapitre I – La production d’énergie électrique I – Production de l’énergie électrique. 1) Historique de la production d’électricité.  1800 : Volta invente la pile. Mais elle ne peut pas stocker de grosses quantités d’électricité. La pile de Volta suscite un énorme intérêt dans le monde scientifique car le courant électrique est alors un phénomène nouveau et inattendu. Grâce à elle, les physiciens de l’époque peuvent entreprendre de nombreuses recherches sur les propriétés du courant électrique et sur la résistance électrique. Ces travaux sont à l’origine du transport d’électricité par câbles.  1820 : Oersted ( Danois ), remarque qu’une aiguille aimantée placée à côté d’un fil conducteur traversé par le courant est déviée. D’une importance capitale, l’expérience d’Oersted établit pour la première fois un lien entre électricité et magnétisme. Elle ouvre la voie à de nombreuses inventions comme celle du télégraphe, qui révolutionnera un peu plus tard les moyens de communication.  1830 : Michael Faraday ( Anglais ), montre qu’un courant passe dans une bobine lorsqu’on y introduit un aimant. L’histoire du début des applications de l’électricité est dominée par les découvertes du physicien anglais, Michael Faraday en 1830.En reliant les bornes d’une bobine à un galvanomètre (sorte d’ampèremètre), il observe le passage d’un courant dans la bobine, lorsqu’il introduit ou retire un aimant de cette bobine. L’importance de cette découverte est extrême car elle rend possible la production de courant électrique sans avoir à utiliser de pile. L’énergie mécanique peut, dès lors, être directement convertie en énergie électrique. C’est ce que font, depuis, tous les alternateurs. 2) L’alternateur. L’alternateur ( bobine + aimant ) est la partie commune à toutes les centrales électriques. L’alternateur produit une tension variable et alternative. 16 Un alternateur (centrale, voiture, dynamo…) est constitué d’une partie tournante appelée rotor (un ou plusieurs aimants) et d’une partie fixe appelée stator (bobine ou ensemble de bobines). Le rotor tourne à l’intérieur du stator. La dynamo, une mini centrale électrique Une dynamo de vélo est un alternateur constitué d’un galet qui tourne au contact de la roue en entraînant un aimant (rotor) à l’intérieur d’une bobine fixe (stator). On branche une dynamo sur une lampe 3,5V et on fait tourner rapidement le galet de la dynamo. Ensuite, on visualise la tension délivrée par la dynamo à l’aide d’un oscilloscope. Observations : La lampe brille et on observe à l’écran de l’oscilloscope une courbe prouvant que la tension délivrée par la dynamo (qui est un alternateur) est variable et alternative. Conclusion : Une dynamo, comme tous les alternateurs, transforme l’énergie mécanique en énergie électrique. Voyage au coeur des énergies\Fonctionnement d'un turbo alternateur.mp4 Centrale hydraulique Une centrale hydraulique produit de l'électricité grâce à une chute d'eau entre deux niveaux de hauteurs différentes, qui met en mouvement une turbine reliée à un alternateur. Une centrale hydraulique est composée de 3 parties :  le barrage qui retient l'eau  la centrale qui produit l'électricité  les lignes électriques qui évacuent et transportent l'énergie électrique 16 1. La retenue de l'eau Le barrage retient l'écoulement naturel de l'eau. De grandes quantités d'eau s'accumulent et forment un lac de retenue. 2. La conduite forcée de l'eau Une fois l'eau stockée, des vannes sont ouvertes pour que l'eau s'engouffre dans de longs tuyaux métalliques appelés conduites forcées. Ces tuyaux conduisent l'eau vers la centrale hydraulique, située en contrebas. La plupart des centrales hydrauliques en France sont automatisées. Chaque centrale se met en marche selon un programme pré-défini en fonction des besoins d'électricité. 3. La production d'électricité À la sortie de la conduite, dans la centrale, la force de l'eau fait tourner une turbine qui fait à son tour fonctionné un alternateur. Grâce à l'énergie fournie par la turbine, l'alternateur produit un courant électrique alternatif. 16 La puissance de la centrale dépend de la hauteur de la chute et du débit de l'eau. Plus ils seront importants, plus cette puissance sera élevée. 4. L'adaptation de la tension Un transformateur élève la tension du courant électrique produit par l'alternateur pour qu'il puisse être plus facilement transporté dans les lignes à très haute et haute tension. L'eau turbinée qui a perdu de sa puissance rejoint la rivière par un canal spécial appelé canal de fuite. Voyage au coeur des énergies\Voyage au coeur des énergies - Le fonctionnement d'une centrale hydraulique.mp4 16 centrale thermique à flamme ? Une centrale thermique à flamme produit de l'électricité à partir de la vapeur d'eau produite grâce à la chaleur dégagée par la combustion de gaz, de charbon ou de fioul, qui met en mouvement une turbine reliée à un alternateur. 1. La combustion Un combustible (gaz, charbon, fioul) est brûlé dans les brûleurs d'une chaudière pouvant mesurer jusqu'à 90 m de hauteur. Le charbon est d'abord réduit en poudre, le fioul est chauffé pour le rendre liquide puis vaporisé en fines gouttelettes et le gaz est injecté directement sans traitement préparatoire. 2. La production de vapeur La chaudière est tapissée de tubes dans lesquels circule de l'eau froide. En brûlant, le combustible dégage de la chaleur qui va chauffer cette eau. L'eau se transforme en vapeur, envoyée sous pression vers les turbines. 3. La production d'électricité La vapeur fait tourner une turbine qui entraîne à son tour un alternateur. Grâce à l'énergie fournie par la turbine, l'alternateur produit un courant électrique alternatif. Un transformateur élève la tension du courant électrique produit par l'alternateur pour qu'il puisse être plus facilement transporté dans les lignes à très haute et haute tension. 4. Le recyclage À la sortie de la turbine, la vapeur est à nouveau transformée en eau grâce à un condenseur dans lequel circule de l'eau froide en provenance de la mer ou d'un fleuve. L'eau ainsi obtenue est récupérée et re-circule dans la chaudière pour recommencer un autre cycle. L'eau utilisée pour le refroidissement est restituée à son milieu naturel ou renvoyée dans le condenseur. Les fumées de combustion sont dépoussiérées grâce à des filtres et sont évacuées par des cheminées. 16 Une centrale thermique à flamme fournit une puissance électrique de l’ordre de quelques centaines de mégawatts (1 MW= 1 000 000 W). Les centrales thermiques en France ont des puissances pouvant varier de 100 MW à 700MW fonctionnement d'une centrale thermique à flamme Voyage au coeur des énergies\Centrales thermiques - Principes de fonctionnement - EDF.mp4 L'énergie nucléaire Une centrale nucléaire est une usine de production d'électricité. Les 58 réacteurs qui existent en France sont des réacteurs à eau sous pression (REP). Une centrale nucléaire est composée de trois circuits indépendants dont les contenus n’entrent jamais en contact. L'uranium, légèrement "enrichi" dans sa variété - ou "isotope"- 235, est conditionné sous forme de petites pastilles. Celles-ci sont empilées dans des gaines métalliques étanches réunies en assemblages appelées crayons. Placés dans une cuve en acier remplie d'eau, ces assemblages forment le cœur du réacteur. Ils sont le siège de la réaction en chaîne, qui les porte à haute température. Lorsqu’un neutron est projeté sur un atome 16 d’uranium, le noyau se divise en noyaux plus petits libérant une énergie considérable (environ deux cent millions d’électronvolts). Cette réaction nucléaire s'appelle fission. La fission La fission dégage de l'énergie sous forme de chaleur. C'est cette énergie que l'on utilise pour produire de l'électricité. Le phénomène de fission dégage également des rayonnements alpha, bêta ou gamma et libère des neutrons qui viennent alimenter la réaction de fission et bombarder les nouveaux noyaux. C'est pourquoi on parle de réaction en chaîne. Au contact des milliers de crayons de combustible nucléaire, l’eau récupère la chaleur produite par la fission des atomes d’uranium. L'eau de la cuve s'échauffe à leur contact à plus de 300°C. Un pressuriseur maintient la pression à environ cent cinquante cinq bars, ce qui l'empêche de bouillir. Elle circule dans un circuit fermé. Le générateur de vapeur, la pompe, la cuve et le pressuriseur constituent le circuit primaire. Seul ce circuit contient de la radioactivité. L'eau du circuit primaire transmet sa chaleur à l'eau circulant dans un autre circuit fermé : le circuit secondaire. L'échange de chaleur s'effectue dans un générateur de vapeur, un grand échangeur de chaleur cylindrique composé de milliers de tubes. La chaleur transforme l'eau du circuit secondaire en vapeur. Un alternateur, couplé à la turbine, convertit finalement l'énergie cinétique en électricité, laquelle alimente le réseau haute tension. Au contact de milliers de tubes dans lesquels circulent de l’eau froide, la vapeur se condense, redevient de l’eau liquide et est renvoyée vers le générateur de vapeur pour un nouveau cycle. La turbine, le condenseur, la pompe et le générateur de vapeur constituent le circuit secondaire de la centrale. 16 Pour que le système fonctionne en continu, il faut assurer son refroidissement. C'est pourquoi il y un troisième circuit indépendant des deux autres qui est le circuit de refroidissement. Sa fonction est de condenser la vapeur sortant de la turbine. Pour cela est aménagé un condenseur, appareil formé de milliers de tubes dans lesquels circule de l'eau froide prélevée à une source extérieure : rivière ou mer. uploads/Industriel/ cour-energies-1.pdf